Η IBM Research παρουσίασε τη μικρότερη μονάδα αποθήκευσης δεδομένων που έχει αναπτυχθεί ως σήμερα, μια πειραματική διάταξη που αποθηκεύει 1 bit πληροφορίας σε 12 μόλις άτομα σιδήρου. Συγκριτικά, οι σημερινοί σκληροί δίσκοι και οι μνήμες flash χρειάζονται γύρω στο ένα εκατομμύριο άτομα για να εκτελέσουν την ίδια λειτουργία. Όπως γράφουν οι ερευνητές στο κορυφαίο περιοδικό Science, η νέα τεχνολογία, βασισμένη σε μια εξωτική μορφή μαγνητισμού που ονομάζεται «αντισιδηρομαγνητισμός», θα επιτρέψει στο μέλλον την αύξηση της πυκνότητας των δεδομένων κατά 100 φορές...
H σμίκρυνση
Σήμερα, η αποθηκευτική ικανότητα των σκληρών δίσκων διπλασιάζεται κάθε περίπου δύο χρόνια, ακολουθώντας τον λεγόμενο Νόμο του Μουρ, στον οποίο υπακούν τα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Ωστόσο, η σμίκρυνση των στοιχείων μαγνητικής αποθήκευσης δεν μπορεί να συνεχιστεί επ' αόριστον με αυτό το ρυθμό, καθώς αναμένεται να συναντήσει εμπόδια από κβαντικά φαινόμενα που εκδηλώνονται σε ατομική κλίμακα.
Ο Σεμπάστιαν Λοθ και οι συνεργάτες του στα ερευνητικά εργαστήρια της IBM ήθελαν να εξετάσουν ποια είναι η ελάχιστη ποσότητα ύλης στην οποία μπορεί να αποθηκευτεί ένα bit πληροφορίας (κάθε bit μπορεί να λάβει δύο τιμές, «0» ή «1»).
Το όριο στο οποίο έφτασαν οι ερευνητές ήταν τα 12 άτομα -κάτω από αυτό το όριο, η πληροφορία χάνεται με τυχαίο τρόπο λόγω κβαντικών φαινομένων.
Το κύκλωμα
Συγκεκριμένα, η IBM Research ανέπτυξε ένα σύστημα στο οποίο 8 bit των 12 ατόμων το καθένα συνδυάζονται στο ίδιο κύκλωμα και σχηματίζουν ένα byte (ένα byte ισούται με 8 bit και αντιστοιχεί στην πληροφορία που περιέχει ένας αλφαριθμητικός χαρακτήρας).
Το σύστημα της φωτογραφίας στην αρχή του κειμένου, αποτελούμενο από συνολικά 96 άτομα σιδήρου, χρησιμοποιήθηκε για να αποθηκευτεί γράμμα προς γράμμα η λέξη Think (Σκέψου), το παλιό εταιρικό σλόγκαν της IBM.
Το μυστικό της επιτυχίας ήταν ότι οι ερευνητές δεν χρησιμοποίησαν τα συμβατικά, σιδηρομαγνητικά υλικά. Στα υλικά αυτά, το μαγνητικό πεδίο που θα δημιουργούσε ένα bit τόσο μικρών διαστάσεων θα επηρέαζε τη μαγνητική κατάσταση των γειτονικών bit και θα αλλοίωνε έτσι την πληροφορία.
Συγκεκριμένα, στα σιδηρομαγνητικά υλικά, το σπιν (η μαγνητική κατάσταση) κάθε ατόμου αναγκάζει τα γειτονικά άτομα να στρέψουν το δικό τους σπιν προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Αντίθετα, στα αντισιδηρομαγνητικά υλικά, το σπιν κάθε ατόμου ευθυγραμμίζεται με το σπιν των γειτονικών ατόμων έτσι ώστε να στρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, αντί προς την ίδια.
Οι ερευνητές αξιοποίησαν αυτή τη μαγνητική αλληλεπίδραση των ατόμων ώστε να «σταθεροποιήσουν» την αποθηκευμένη πληροφορία. Τα άτομα σιδήρου τοποθετήθηκαν ένα-ένα στη θέση τους με τη βοήθεια ενός μικροσκοπίου ατομικής σήραγγας, ενός οργάνου που μπορεί να απεικονίζει και να μετακινεί μεμονωμένα άτομα.
Η τεχνική αυτή θα ήταν δύσκολο να εφαρμοστεί σήμερα σε βιομηχανική κλίμακα. Επιπλέον, η πειραματική διάταξη λειτουργεί αποτελεσματικά μόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες. Παρά τα προβλήματα, πάντως, οι ερευνητές αισιοδοξούν ότι συστήματα που αποθηκεύουν ένα bit δεδομένων σε 200 με 300 άτομα θα παραμένουν σταθερά σε θερμοκρασία δωματίου και θα αξιοποιηθούν σύντομα σε πρακτικό επίπεδο.
ΒΗΜΑ SCIENCE
